新能源概论-油页岩

1新能源概论（油页岩）中国地质大学许浩2010年2油页岩(又称油母页岩)是一种高灰分的固体可燃有机矿产，低温干馏可获得页岩油，含油率3.5%，有机质含量较高，主要为腐泥质、腐殖质或混合型，其发热量一般≥4187J/g。油页岩的定义3油页岩及相关产品，可以作为燃料用来发电、取暖和运输，炼油和发电后剩下的废渣生产建筑材料、水泥和化肥或进行化工产品的提炼、金属提取。油页岩的用途4早在1830年，页岩油就作为照明用而发展起来，距今已有近二百年历史。我国经历了五十年代繁盛时期、六十年代—九十年代发展停滞时期和九十年代后复苏阶段，现在迎来了油页岩快速发展时期。全国各地都掀起了开发油页岩的热潮，特别是东北三省油页岩的开发更是走在了全国的前列。油页岩的发展历程5油页岩的研究现状目前，油页岩的研究已经涉及地质、采矿、发电燃烧、油产品加工等各方面。资料虽然很多，但绝大多数为关注油页岩的开采、加工处理、炼油和发电等方面的文章，而关于油页岩基础理论知识却很少。专著：《OilShale》TEHFUYen和GeorgeV.Chilingarian，1976年《Geochemistryandchemistryofoilshales》FrancisP.Miknis和JohnF.McKay，1983年《Oilshalesoftheworld,theirorigin,occurrence,andexploitation》PAUL.L.Russell，1990年6期刊杂志：《OilShale》爱沙尼亚科学学院学术会议：“OilShaleSymposia”，国际性的油页岩的学术交流平台，该会议已经连续成功的举办了27届。油页岩的研究现状7论著：《中国油页岩概论》，陈国达，1951年，地质评论，16卷第2期；《油页岩科学研究论文集》，华东石油学院，1984年，1月出版；《中国页岩油工业》，侯祥麟，1984年4月出版；这两本书的出现，使我国油页岩的研究达到了顶峰。《油页岩资源评价与开发利用》专辑，刘招君，2006年；该专辑涉及了油页岩资源现状、开发利用趋势、油页岩特征、成因及开发利用方法等各个方面。这部油页岩专著对于今后我国开展油页岩资源科学研究以及勘查、开发、利用方面具有一定的指导和借鉴意义。油页岩的研究现状8油页岩的研究现状9科研项目：《中国油页岩物质成分及工业成因分类》研究，赵隆业等，1990年；该研究涉及我国21个矿区，从煤岩学的角度研究了油页岩的显微组分特征，并提出了工业成因的分类方案。《新一轮全国油页岩资源评价》，吉林大学，2006年；应该是我国油页岩发展历史上一个重要的里程碑。通过对全国84个油页岩含矿区进行全新资源评价，基本摸清了我国油页岩资源的家底。油页岩的研究现状10全国油页岩资源丰富，分布范围广，分布在20个省和自治区、47个盆地，共有80个含矿区。全国油页岩资源为7199.37亿t，页岩油资源为476.44亿t；页岩油可回收资源为119.79亿t。我国油页岩资源的分布特征11时代代表性矿床盆地类型沉积环境油页岩特征厚度/m含油率/%查明储量/（108t）油页岩页岩油新生代新近纪广东茂名断陷内陆湖10.00～49.06.00～13.6655.153.63古近纪吉林桦甸断陷内陆湖1.00～4.508.00~12.003.380.29辽宁抚顺坳陷内陆湖70.00～119.06.00～10.0043.942.65山东龙口断陷内陆河湖2.00～15.009.00～22.002.780.41中生代晚白垩世吉林农安坳陷内陆湖1.00～10.003.50～7.00168.949.51早白垩世吉林汪清断陷内陆河湖0.30～3.003.50～7.441.950.14中侏罗世甘肃炭山岭坳陷内陆湖0.70～34.55.00～17.002.560.191青海小峡坳陷内陆湖1.15～6.305.22～10.520.170.02晚三叠世陕西彬县坳陷内陆湖0.54～15.004.15～8.471.570.14晚古生代早二叠世新疆妖魔山前陆盆地近海相2.00～25.004.65～18.912.170.15我国油页岩资源的分布特征12能源形势分析油页岩的定义和用途油页岩的研究历程我国油页岩资源的分布特征油页岩的物质组成及性质油页岩的成因提纲13油页岩的物质组成有机组分腐泥基质藻类等低等植物遗体经凝胶化作用藻类遗体有机残骸14油页岩的物质组成有机显微组分显微组分组显微组分腐泥组腐泥基质体矿物沥青基质沥青体藻类组藻类体藻屑体动物组动物碎屑体动物皮层体壳质组孢子体角质体碎屑壳质体镜质组结构镜质体无结构镜质体碎屑镜质体半镜质体惰性组丝质体碎屑丝质体半丝质体菌核体粗粒体微粒体15无机组分粘土、粉砂、碳酸盐岩油页岩的物质组成爱沙尼亚南非塔斯马尼亚苏格兰石英950.156.316.6长石6.85.1611.3粘土矿物13.929.523.845.9碳酸盐矿物56.11.72.9其它*14.213.613.923.3世界各地油页岩矿物成分特征*包括石膏、黄铁矿、碳酸镁以及Fe、Ca、Ti、Mg的氧化物16油页岩的化学组成C、H、O、N、S油页岩的C/H原子比为1：1.25到1：1.52，比烟煤中的C/H原子比1：0.08小的多。N和S含量较高，尤其是含硫量高（0.4%-3.0%），对油页岩的利用不利。油页岩的物质组成序号地层氢碳原子比值（H/C）范围平均值1古近系1.13～3.492.062下白垩统1.44～1.581.513中侏罗统0.87～1.561.264石炭—二叠系0.99～1.171.0517油页岩的性质油页岩的颜色与其中有机质和无机物的颜色有关。吉林桦甸褐色块状油页岩美国绿河油页岩准噶尔盆地灰褐色—深灰色油页岩18油页岩的密度主要取决于其中无机矿物质的含量和密度。油母的密度一般为1g/cm3，矿物质的密度为2.2g/cm3，一般情况下，油页岩的密度越大，含油率越低。油页岩的硬度与强度与所含矿物质的性质有关，与形成年代也有关。时代较老的油页岩硬度较大。强度和硬度小的油页岩在干馏炉中易破碎成小块，影响正常通风和操作。油页岩的性质19油页岩的性质油页岩的灰熔点也称熔融性，是油页岩受热时由固态向液态逐渐转化的特性，与油页岩的成分及加工过程有关。在工业上多用软化温度作为熔融性指标，称为灰熔点。低灰熔点的油页岩在热加工时在炉内易结渣，影响生产的进行。我国油页岩灰分中氧化钙较少，故灰熔点一般较高，软化温度多在1200oC～1450oC以上，在低温干馏炉内不会形成熔块而影响生产。20含油率和热值是油页岩最主要的化学工艺性质，它们与油页岩的水分、灰分、挥发分有关。含油率是采用标准的铝甑干馏分析方法。油页岩的热值与有机质的含量和组成有关，与其中的无机矿物质的性质也有关。矿区名称抚顺西露天矿茂名金塘矿窑街农安东胜桦甸固阳含油率/%7.688.287.164.666.6110.04-6热值/MJ·kg-15.77.37.03.64.26.64.2-5.0油页岩的性质21能源形势分析油页岩的定义和用途油页岩的研究历程我国油页岩资源的分布特征油页岩的物质组成及性质油页岩的形成提纲22根据沉积环境，油页岩可以分成陆相、过渡相和海相等三种基本成因类型。陆相油页岩中的有机质是由富含脂质的有机物组成，主要有藻类、树脂、孢子、蜡质表皮和那些常见于成煤湿地或沼泽的陆源植物根茎的软组织，它们埋藏后经过煤化作用，形成油页岩中的有机质；因此，这种油页岩也是一种含有较高矿物质的腐泥煤。过渡相常为泻湖、海湾和近海湖泊环境，油页岩中的有机质母质可由淡水、咸水和盐湖的低等浮游生物聚集而成。海相油页岩中的有机质母质主要是海藻、未知单细胞微生物和海生鞭毛虫。油页岩的形成23有机质的输入油页岩的形成有机质的保存无机矿物的稀释古构造特征物质基础成矿条件沉积环境古气候24一部分来自于湖泊底栖生物、浮游生物、底栖藻类以及微生物的自身生产，另一部分来自从陆地上搬运的陆源生物的碎屑。有机质的输入油页岩的形成以陆相为例25稳定水体分层有机质快速堆积闭塞滞留环境有机质的保存油页岩的形成水体分层缺氧弱氧化环境一种是有机物的快速堆积使先期沉积的有机质迅速被埋藏而来不及被氧化的沉积环境；另一种是有机质极大丰富，形成的弱氧化湖沼环境。堆积的方式：以陆相为例26油页岩的形成有机质的保存以陆相为例27油页岩的形成无机矿物的稀释作用油页岩与煤、碳质页岩互层经常发育在湖沼环境，这就取决于有机质与无机矿物输入的平衡：（1）当湖沼形成的腐泥中输入的无机质不多，往往形成含灰分很少的腐泥煤，或称为藻煤；（2）如果腐泥煤中的有大量的无机物质输入，且占了腐泥煤重量的三分之一以上，则此种腐泥煤就称为油页岩（侯祥麟，1984）；（3）如果腐泥煤中无机物质输入继续增大，则形成碳质页岩。以陆相为例28油页岩的形成无机矿物的稀释作用以陆相为例29油页岩的形成评价油页岩中有机质多少的重要指标是有机碳含量，评价无机矿物多少的指标是灰分的含量。30油页岩的成矿条件古气候条件温暖湿润条件和稳定的森林植被有利于化学风化作用程度的加强。因此，一方面降低了碎屑物质来源，提高了沉积物中有机质的相对碎屑物的含量；另一方面，丰富的降雨量带来充足的溶解的营养物质，使湖泊初始生产力大幅度提高。1、气候对湖泊初始生产力的控制以陆相为例31油页岩的成矿条件古气候条件2、气候对油页岩有机质类型的控制古气候影响古植被（古生态）的类型，在一定程度上影响着陆源碎屑物源的类型和供给速度。温暖湿润的气候条件能增加陆地植被覆盖的密度，如果存在大量的降雨，那么就能使大量的陆源有机碎屑得以搬运。如果湖泊存在高密度的层间或底层水流，这些有机碎屑将搬运得更远，可以到达湖泊的中心沉积。以陆相为例32油页岩的成矿条件古气候条件3、气候对有机质保存的控制在温暖潮湿的气候条件下，有利于生物的繁盛，并且降水量充足，容易形成深湖。在上述气候条件下，深湖具有长年分层的特点，保证了水体底部的安静、缺氧，有利于有机质的保存。以陆相为例334、气候对油页岩层数、厚度的控制油页岩的成矿条件古气候条件湖平面的变化是构造、沉积物充填、气候等条件综合作用的结果，但在盆地发展的某一时期，这些条件所起作用的份量是不同的。以陆相为例34油页岩形成的古气候条件判断油页岩的成矿条件古气候条件1、矿物组合及含量：高岭石、蒙脱石2、岩石组合特征：与煤层伴生3、微量元素地球化学特征与古气候：Sr／Ba4、同位素特征：碳酸盐δ13O和δ13C5、古生物特征：植物化石、孢粉含量及组合以陆相为例35油页岩的成矿条件古沉积环境条件以陆相为例36油页岩的成矿条件古沉积环境条件以陆相为例37油页岩的成矿条件古沉积环境条件以陆相为例38油页岩的成矿条件古沉积环境条件以陆相为例39油页岩的成矿条件古沉积环境条件滨浅湖、湖沼、半深湖、深湖相是油页岩发育的理想场所。以陆相为例油页岩40古构造条件油页岩的成矿条件控盆断裂的控制作用控制油页岩的分布范围控制了油页岩的厚度控制了油页岩的含油率以陆相为例41古构造条件油页岩的成矿条件1、控盆断裂的控制作用——控制油页岩的分布范围及厚度以陆相为例42古构造条件油页岩的成矿条件2、控盆断裂的控制作用——控制了油页岩的含油率以陆相为例43谢谢！